화력발전소에서 발생되는 플라이애쉬는 콘크리트의 첨가재로 사용되는 것이 석탄회 재활용 방안 중 최선으로 알려져 있다. 이러한 석탄회는 최근 더 이상 매립이 불가능하여 콘크리트에 다량 첨가가 시도되고 있다. 그럼에도 불구하고 현재까지 하이볼륨 플라이애쉬(high volume fly ash: HVFA) 시멘트 콘크리트의 연구분야는 주로 재료적인 분야에 대해서만 수행되어지고 있는 실정이다. 그러나 하이볼륨 플라이애쉬 시멘트 콘크리트의 구조재료로의 적용을 위해서는 구조 부재 전단거동 등에 대한 연구가 필수적이다. 이를 위하여 이 논문에서는 플라이애쉬 치환율 0, 35% 및 50%, 압축강도 20, 40 및 60 MPa 그리고 전단철근량 3수준을 실험변수로 하여 플라이애쉬 시멘트 철근콘크리트 보 27개를 제작하여 이들의 전단거동을 실험적으로 평가하였다. 실험 결과에 의하면 플라이애쉬를 첨가하지 않은 일반 콘크리트(FA=0%)와 35%, 50% 플라이애쉬 시멘트 콘크리트 부재의 전단거동은 크게 차이나지 않음을 알 수 있었다.
화력발전소에서 발생되는 플라이애쉬는 콘크리트의 첨가재로 사용되는 것이 석탄회 재활용 방안 중 최선으로 알려져 있다. 이러한 석탄회는 최근 더 이상 매립이 불가능하여 콘크리트에 다량 첨가가 시도되고 있다. 그럼에도 불구하고 현재까지 하이볼륨 플라이애쉬(high volume fly ash: HVFA) 시멘트 콘크리트의 연구분야는 주로 재료적인 분야에 대해서만 수행되어지고 있는 실정이다. 그러나 하이볼륨 플라이애쉬 시멘트 콘크리트의 구조재료로의 적용을 위해서는 구조 부재 전단거동 등에 대한 연구가 필수적이다. 이를 위하여 이 논문에서는 플라이애쉬 치환율 0, 35% 및 50%, 압축강도 20, 40 및 60 MPa 그리고 전단철근량 3수준을 실험변수로 하여 플라이애쉬 시멘트 철근콘크리트 보 27개를 제작하여 이들의 전단거동을 실험적으로 평가하였다. 실험 결과에 의하면 플라이애쉬를 첨가하지 않은 일반 콘크리트(FA=0%)와 35%, 50% 플라이애쉬 시멘트 콘크리트 부재의 전단거동은 크게 차이나지 않음을 알 수 있었다.
It is known that the best way to recycle fly ash is to use in concrete. It is impossible to bury in the ground this fly ash recently, so it is trying to use high volume fly ash concrete. Nevertheless, recent main research topics are focused in the part of material only, however, it is necessary to p...
It is known that the best way to recycle fly ash is to use in concrete. It is impossible to bury in the ground this fly ash recently, so it is trying to use high volume fly ash concrete. Nevertheless, recent main research topics are focused in the part of material only, however, it is necessary to perform the research about structural shear behavior. Therefore, in this paper, 27 test members were manufactured with 3 test variables, namely fly ash replacement ratio 0, 35%, 50%, concrete compressive strength 20, 40, 60 MPa and 3 shear stirrups amounts. 27 test members were tested for shear behavior. From the test results, there were no differences between 35%, 50% high volume fly ash cement concrete and ordinary concrete without fly ash (FA=0%).
It is known that the best way to recycle fly ash is to use in concrete. It is impossible to bury in the ground this fly ash recently, so it is trying to use high volume fly ash concrete. Nevertheless, recent main research topics are focused in the part of material only, however, it is necessary to perform the research about structural shear behavior. Therefore, in this paper, 27 test members were manufactured with 3 test variables, namely fly ash replacement ratio 0, 35%, 50%, concrete compressive strength 20, 40, 60 MPa and 3 shear stirrups amounts. 27 test members were tested for shear behavior. From the test results, there were no differences between 35%, 50% high volume fly ash cement concrete and ordinary concrete without fly ash (FA=0%).
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
이를 위하여 이 논문에서는 0, 35% 및 50% 까지 다량 첨가된 플라이애쉬 시멘트 철근콘크리트 보 27개를 제작한 후, 이들의 전단거동을 실험적으로 평가하고자 하였다.
이를 위하여 이 논문에서는 0, 35% 및 50% 까지 다량 첨가된 플라이애쉬 시멘트 철근콘크리트 보 27개를 제작한 후, 이들의 전단거동을 실험적으로 평가하고자 하였다.
제안 방법
실험 부재에 사용된 콘크리트의 배합 및 압축강도 실험 결과는 Table 2, 3에 나타냈으며, 콘크리트 배합에 사용된 혼화제는 폴리카르본산계 고성능 감수제로 바인더 중량의 1%를 첨가하였다. 또한 실험 부재에 사용된 철근은 Fig.
실험변수로는 플라이애쉬 치환율 0, 35% 및 50% 3수준, 콘크리트 압축강도 20, 40 및 60 MPa 3수준과 철근비 3수준(설계기준에서 요구하는 최소 배근, 설계기준에서 요구하는 적정 배근 및 이들의 중간값)이다. 이러한 실험 변수를 가진 실험부재는 총 27개이며, 실험 변수들은 Table 1에 나타내었으며, 제작 완료된 부재와 하중 재하 장치 형상은 Fig.
이 연구에서는 식 (1)와 같이 처짐에 근거하여 연성지수를 정의하여 각 부재의 연성 특성을 고찰하였다.
제작된 실험 부재에 대해 전단 파괴 실험을 수행하였다. 이 실험 결과에서 균열 하중, 인장 철근의 항복하중 및 극한하중을 구하여 다음 Table 4에 나타냈으며, 전단 철근량이 설계기준보다 적은 부재 모두에서 전단 혹은 휨전단파괴가 발생했으며, 인장철근 항복하중과 극한하중의 비는 1.
대상 데이터
실험변수로는 플라이애쉬 치환율 0, 35% 및 50% 3수준, 콘크리트 압축강도 20, 40 및 60 MPa 3수준과 철근비 3수준(설계기준에서 요구하는 최소 배근, 설계기준에서 요구하는 적정 배근 및 이들의 중간값)이다. 이러한 실험 변수를 가진 실험부재는 총 27개이며, 실험 변수들은 Table 1에 나타내었으며, 제작 완료된 부재와 하중 재하 장치 형상은 Fig. 1에, 실험 부재들의 철근 배근 형상은 Fig. 2에 나타내었다.
성능/효과
1) 전단철근량이 설계기준보다 적은 부재 모두에서 전단 혹은 휨전단파괴가 발생했으며, 인장철근 항복하중과 극한하중의 비는 1.03～1.35 정도로 나타났다.
0 이상의 값을 제안하고 있다.10) 실험 결과에 의하면, 전단철근량이 적은 L-series의 경우, 연성지수는 항상 4.0 보다 훨씬 작은 값을 나타내어 전단에 의한 취성파괴가 발생하는 것으로 나타났다. 전단철근량이 상대적으로 큰 H-series의 경우, 일부에서 연성지수가 4.
2) 전단철근량이 적을수록 전단파괴가 발생된 이유로 최종 처짐량이 작게 나타났으며, 극한하중 이후에 하중이 감소하면서 처짐이 증가하는 현상이 나타났다.
3) 전단철근량이 적은 경우, 연성지수는 항상 4.0 보다 훨씬 작은 값을 나타내어 전단에 의한 취성파괴가 발생하는 것으로 나타났다. 전단철근량이 상대적으로 큰 경우, 대부분의 경우 4.
4) 콘크리트 및 철근의 전단변형률들은 전단철근량이 적을수록 작은 변형률이 발생된 후 갑작스러운 파괴가 발생되는 것으로 나타났으며, 반면에 전단철근량이 많을수록 변형률 경화 현상이 발생된 후 파괴되는 것으로 나타났다.
5) 처짐, 변형률 등의 발생 양상 및 크기가 플라이애쉬 첨가량에 거의 영향을 받지 않는 것으로 나타나서 플라이애쉬를 첨가하지 않은 일반 콘크리트(FA=0%)와 35, 50% 플라이애쉬 시멘트 콘크리트 부재의 전단거동은 크게 차이나지 않음을 알 수 있었다.
35 정도로 나타났다. 또한 균열하중은 콘크리트 압축강도에 거의 비례하여 발생하는 것으로 나타났다.
4～12를 분석해보면, 모든 실험 부재는 하중-처짐 관계에 있어서 초기균열 단계까지 선형으로 증가하며, 초기균열 이후 처짐량은 비선형으로 증가하며, 이후 하중은 극한하중까지 증가한다. 또한 전반적인 거동은 콘크리트 압축강도에도 영향을 받지만 그 크기차이는 상대적으로 작게 나타났으며, 전단철근량의 영향이 구조 거동에 절대적으로 영향을 미치는 것으로 나타났다. 즉, 전단철근량이 적은 L-series는 전단 파괴가 발생된 이유로 최종 처짐량이 작게 나타났으며, 극한하중 이후에 하중이 감소하면서 처짐이 증가하는 현상이 나타났다.
0을 상회하는 것으로 나타나, 연성파괴가 발생되는 것을 나타내고 있다. 또한 콘크리트 압축강도가 클수록 연성지수는 감소하는 것으로 나타났다. 이러한 현상들은 플라이애쉬 첨가량에 관계없이 동일하게 나타났다.
한편, 전단철근량이 적정하게 배근된 Hseries는 L-series와 반대의 경향으로 거동함을 알 수 있었다. 또한 플라이애쉬 첨가율에 따른 전단 거동 차이는 거의 없는 것으로 나타났다.
제작된 실험 부재에 대해 전단 파괴 실험을 수행하였다. 이 실험 결과에서 균열 하중, 인장 철근의 항복하중 및 극한하중을 구하여 다음 Table 4에 나타냈으며, 전단 철근량이 설계기준보다 적은 부재 모두에서 전단 혹은 휨전단파괴가 발생했으며, 인장철근 항복하중과 극한하중의 비는 1.03～1.35 정도로 나타났다. 또한 균열하중은 콘크리트 압축강도에 거의 비례하여 발생하는 것으로 나타났다.
또한 전반적인 거동은 콘크리트 압축강도에도 영향을 받지만 그 크기차이는 상대적으로 작게 나타났으며, 전단철근량의 영향이 구조 거동에 절대적으로 영향을 미치는 것으로 나타났다. 즉, 전단철근량이 적은 L-series는 전단 파괴가 발생된 이유로 최종 처짐량이 작게 나타났으며, 극한하중 이후에 하중이 감소하면서 처짐이 증가하는 현상이 나타났다. 한편, 전단철근량이 적정하게 배근된 Hseries는 L-series와 반대의 경향으로 거동함을 알 수 있었다.
콘크리트 및 철근의 전단변형률들은 전단철근량이 적을수록 작은 변형률이 발생된 후 갑작스러운 파괴가 발생되는 것으로 나타났으며, 반면에 전단철근량이 많을수록 변형률 경화 현상이 발생된 후 파괴되는 것으로 나타났으며, 이러한 현상들은 플라이애쉬 첨가율에 관계없이 나타나고 있음을 알 수 있다.
한편 전반적으로 전단철근량이 많은 H-series보다는 전단철근량이 적은 L-series는 인장철근의 항복하중과 극한하중의 비가 상대적으로 작게 나타나, 전단파괴로 인한 연성거동이 거의 없이 급격한 파괴가 발생되었으며, 콘크리트 강도 역시 미세하지만 고강도일수록 이러한 급격한 파괴현상이 나타남을 알 수 있었다. 대표적인 전단파괴 형상을 Fig.
후속연구
6) 향후에는 이 연구진의 결과 및 기존 연구 결과 등을 이용하여 해석적 추가 연구를 수행하여 하이볼륨 플라이애쉬 콘크리트의 전단거동을 좀 더 정량적으로 분석할 예정이다.
그러나 실험 결과에서는 플라이애쉬 첨가율에 관계없이 전단거동이 유사하게 나타나고 있으나, 실험은 필연적으로 오차를 수반할 수 밖에 없는 이유로 향후에는 이 연구진의 결과 및 기존 연구 결과 등을 이용하여 다량 첨가된 플라이애쉬 콘크리트의 전단거동에 관한 해석적 추가 연구를 수행하여 하이볼륨 플라이애쉬 콘크리트의 전단거동을 좀 더 정량적으로 분석할 예정이다.
8% 정도 증가로 이어지고 있어 새로운 시멘트 관련 기술의 개발이 필요한 실정이다. 이러한 문제점의 대안으로 클링커를 사용하지 않고 플라이애쉬와 같은 산업 부산물을 콘크리트에 다량 첨가하면 생산원가 절감과 천연자원 및 에너지 고갈 문제와 이산화탄소 배출에 의한 환경오염을 동시에 해결 할 수 있을 것으로 판단된다.2) 현재 국내의 경우, 약 25%까지의 플라이애쉬 첨가가 일반적인데 반해서 하이 볼륨 플라이애쉬의 개념은 30～50%의 플라이애쉬 첨가를 의미한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
하이 볼륨 플라이애쉬는 일반적인 플라이애쉬와 무엇이 다른가?
이러한 문제점의 대안으로 클링커를 사용하지 않고 플라이애쉬와 같은 산업 부산물을 콘크리트에 다량 첨가하면 생산원가 절감과 천연자원 및 에너지 고갈 문제와 이산화탄소 배출에 의한 환경오염을 동시에 해결 할 수 있을 것으로 판단된다.2) 현재 국내의 경우, 약 25%까지의 플라이애쉬 첨가가 일반적인데 반해서 하이 볼륨 플라이애쉬의 개념은 30～50%의 플라이애쉬 첨가를 의미한다.
플라이애쉬 치환율은 시멘트 콘크리트 부재의 전단거동에 영향을 주는가?
이를 위하여 이 논문에서는 플라이애쉬 치환율 0, 35% 및 50%, 압축강도 20, 40 및 60 MPa 그리고 전단철근량 3수준을 실험변수로 하여 플라이애쉬 시멘트 철근콘크리트 보 27개를 제작하여 이들의 전단거동을 실험적으로 평가하였다. 실험 결과에 의하면 플라이애쉬를 첨가하지 않은 일반 콘크리트(FA=0%)와 35%, 50% 플라이애쉬 시멘트 콘크리트 부재의 전단거동은 크게 차이나지 않음을 알 수 있었다.
하이볼륨 플라이애쉬 시멘트 콘크리트의 구조재료로의 적용을 위해서 연구해야 하는 것은 무엇인가?
그럼에도 불구하고 현재까지 하이볼륨 플라이애쉬(high volume fly ash: HVFA) 시멘트 콘크리트의 연구분야는 주로 재료적인 차원 즉, 압축강도, 탄성계수, 건조수축 및 내구성 분야 등에 대해서만 수행되어지고 있는 실정이다.3-5) 그러나 하이볼륨 플라이애쉬 시멘트 콘크리트의 구조재료로의 적용을 위해서는 탄성계수, 응력-변형률 관계 및 구조 부재 거동 등에 대한 연구가 필수적이다.6,7)
참고문헌 (11)
Jung, S. W., Standardization Technology for The Environmental-Friendly Utilization of Pond Ash Technical Report, R-2007-2-151, Korea Conformity Laboratories, Seoul, 2010, pp. 1-15 (in Korean).
Singh, M. and Garg, M., "Phosphogypsum - Fly Ash Cementitious Binder - Its Hydration and Strength Development," Cement and Concrete Research, Vol. 25, No. 4, 1995, pp. 752-758. (doi: http://dx.doi.org/10.1016/0008- 8846(95)00065-K)
Bilodeau, A., Sivasundaram, V., Painter, K., and Malhotra, V., "Durability of Concrete Incorporating High Volumes of Fly Ash from Sources in the USA," American Concrete Institute Material Journal, Vol. 91, No. 1, 1994, pp. 13-20. (doi: http://dx.doi.org/10.14359/4411)
Muller, U. and Rubner, K., "The Microstructure of Concrete Made with Municipal Waste Incinerator Bottom Ash as an Aggregate Component," Cement and Concrete Research, Vol. 36, No. 10, 2006, pp. 1434-1443. (doi : http://dx.doi.org/10.1016/j.cemconres.2006.03.023)
Jung, S. H. and Kwon, S. J., "Engineering Properties of Cement Mortar with Pond Ash in South Korea as Construction Materials: from Waste to Concrete," Central European Journal of Engineering, VERSITA, Vol. 3, No. 3, pp. 522-533.
Arezoumandi, M., Wolfe, M. H., and Volz, J. S., "A Comparative Study of the Bond Strength of Reinforcing Steel in High-Volume Fly Ash Concrete and Conventional Concrete," Construction Building Matrials, Vol. 40, 2013, pp. 919-924. (doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.conbuildmat. 2012.11.105)
Arezoumandi, M. and Volz, J. S., "Effect of Fly Ash Replacement Level on the Shear Strength of High- Volume Fly Ash Concrete Beams," Journal of Cleaner Produciton, Vol. 59, No. 2, 2009, pp. 120-130.
Yang, I. H., Joh, C. B., Kang, S. T., and Kim, B. S., "An Experimental Study on Flexural Behavior of Steel Fiber Reinforced Ultra High Performance Concrete," Journal of Korean Concrete Institute Structural, Vol. 21, No. 6, 2009, pp. 737-744. (doi: http://dx.doi.org/10.4334/JKCI.2009.21.6.737)
Federal Highway Administration, Material Property Characterization of Ultra-High Performance Concrete 1st ed., Washington DC, FHA, 2006, pp. 23-49.
Shin, S. W., Ghosh, S. K., and Moreno, J., "Flexural Ductility of Ultra High Strength Concrete Members," American Concrete Institute Structural Journal, Vol. 86, No. 4, 1989, pp. 394-400. (doi: http://dx.doi.org/10.14359/2877)
Yoon, S., Monteiro, P. J. M., Macphee, D. E., and Glasser, F. P., "Statistical Evaluation of the Mechanical Properties of High-Volume Class F Fly Ash Concretes," Construction Building Matrials, Vol. 54, 2014, pp. 432-442. (doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2013.12.077)
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.